Die vorliegende Erfindung betrifft einen opto-elektronischen Chip zur Aufnahme einer Probe bei der Visualisierung temperatur-sensitiver Prozesse sowie ein optisches System mit einem derartigen Chip, insbesondere ein Mikroskop zur internen Totalreflexionsmikroskopie (TIRM).

TIR-Mikroskopie kommt bevorzugt zur Untersuchung von Strukturen zum Einsatz, welche sich sehr nahe (zwischen 0 und 200 nm für sichtbares Licht) an einer Oberfläche, beispielsweise einer in Kontakt mit einer Probe stehenden Oberfläche eines Objektträgers, insbesondere eines opto-elektronischen Chips, befinden. Dies können beispielsweise fluoreszent markierte Moleküle oder Streuzentren in der Membran einer Zelle oder nahe an dieser, einzelne an die Oberfläche gebundene DNA- Moleküle oder auch andere Strukturen sein. Im Gegensatz zu klassischer Mikroskopie bietet TIR-Mikroskopie den Vorteil einer besseren Signalauflösung. Diese entsteht durch eine selektive Beleuchtung des oberflächennahen Bereichs des Deckglases in der klassischen TIR-Mikroskopie oder im speziellen im oberflächenahen Bereich des optisch-elektronischen Chips. Diese Beleuchtung wird durch ein in seiner Intensität von der Oberfläche exponentiell abfallendes Feld, auch evaneszentes Feld genannt, erzeugt. Dadurch wird ein hoher Kontrast zwischen dem oberflächennahen Signal und dem Hintergrundstreulicht generiert. Herkömmlicherweise kommt bei der TIR-Mikroskopie ein Objektiv mit einer sehr hohen numerischen Apertur zum Einsatz, um zu gewährleisten, dass das Licht zur optischen Erregung der Probe mit einem flacheren Winkel als der kritische Winkel an der Grenzfläche zwischen dem Deckglas und der Probe totalreflektiert wird. Die Beleuchtungsgeometrie, im speziellen der exponentielle Abfall des evaneszenten Feldes, hängt unmittelbar mit dem Winkel zusammen, unter dem das Licht aus dem Objektiv austritt. Die Systeme zum Einstellen dieses Winkels sind jedoch sehr temperaturempfindlich und das Beobachtungsfeld ist auf eniger hundert pm ² eingeschränkt. Sobald die Temperatur der Probe und somit oft auch des Objektivs um nur wenige Grad Celsius verändert wird, ändert sich die Probenbeleuchtung signifikant.

Da die TIR- Mikroskopie jedoch häufig zur. Untersuchung temperatursensitiver biologischer Prozesse eingesetzt wird (beispielsweise zur Bestimmung der Bindungsaffinität zwischen einem Protein und einem Antikörper oder von lebenden Zellen), ist es für den Erhalt verwertbarer Daten bei vielen Anwendungen essentiell, die Probe auf eine bestimmte Temperatur einzustellen.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme des Stands der Technik abzumildern oder gar ganz zu beseitigen. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Notwendigkeit eines Objektives mit einer sehr hohen numerischen Apertur beseitigt und eine Einstellung der Probe auf eine gewünschte Temperatur zuverlässig und schnell ermöglicht als auch die Beobachtung größerer Beobachtungsfelder von bis zu einigen mm ² ermöglicht,

Diese Aufgabe wird durch einen opto-elektronischen Chip mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein optisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein erfindungsgemäßer opto-elektronischer Chip dient zur Aufnahme einer Probe bei der Visualisierung temperaturabhängiger Prozesse und kann somit als Objektträger angesehen werden.

Ein derartiger opto-elektronischer Chip weist eine Trägerschicht, einen Lichtleiter (nachstehend auch als Wellenleiter bezeichnet), vorzugsweise einen Dünnschicht- Lichtleiter, und ein Heizelement, vorzugsweise ein Dünnschicht-Heizelement, auf, wobei der Lichtleiter und das Heizelement vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht angeordnet sind.

Wird im Folgenden der Begriff Dünnschicht-Lichtleiter verwendet, so ist zu verstehen, dass dies lediglich eine bevorzugte Ausführungsform widerspiegelt und auch andere Lichtleiter von der Erfindung umfasst sind. Wird im Folgenden der Begriff Dünnschicht-Heizelement verwendet, so ist zu verstehen, dass dies lediglich eine bevorzugte Ausführungsform widerspiegelt und auch andere Heizelemente von der Erfindung umfasst sind.

Das Heizelement und / oder der Lichtleiter ist / sind vorzugsweise optisch transparent.

Optisch transparentes Material ist hierbei vorzugsweise für Licht im für den Menschen sichtbaren Bereich eher durchlässig, wobei die Transmission des Lichts durch das optisch transparente Material vorzugsweise mindestens 0,5, insbesondere mindestens 0,8 beträgt. Optisch opakes Material ist hierbei vorzugsweise für Licht im für den Menschen sichtbaren Bereich eher undurchlässig, wobei die Transmission des Lichts durch das optisch opake Material vorzugsweise maximal 0,49, insbesondere maximal 0,3, beträgt.

Der Lichtleiter und / oder das Heizelement können unmittelbar an einer Oberfläche der Trägerschicht angeordnet sein oder von dieser über eine oder mehrere Zwischenschichten beabstandet sein. Zudem können der Lichtleiter und / oder das Heizelement und / oder die Trägerschicht jeweils als eine einzige Schicht oder als Verbund zweier oder mehrerer Sub- Schichten ausgestaltet sein.

Vorzugsweise besteht die Trägerschicht vollständig oder zumindest teilweise aus einem opaken oder transparenten Material, vorzugsweise aus Si oder einem SiO2 basiertem Glas oder Kristall.

Die Trägerschicht besteht somit beispielsweise aus Glas, insbesondere Borosilikat- glass, und ist vorzugsweise dazu ausgelegt, dem opto-elektronischen Chip mechanische Stabilität zu verleihen.

Weiterhin kann sich zwischen der Trägerschicht und dem Dünnschichtwellenleiter eine weitere transparente Schicht befinden, die einen niedrigeren Brechungsindex als die Trägerschicht, vorzugsweise einen Brechungsindex zwischen 1.2 und 1.5, aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Trägerschicht vollständig oder zumindest teilweise aus einem Halbleitermatenal, vorzugsweise aus Si, gefertigt und vorzugsweise ist weiterhin eine transparente Schicht, insbesondere eine Trennschicht, zwischen der Trägerschicht und dem Lichtleiter, vorzugsweise dem Dünnschicht-Lichtleiter, vorhanden.

Weiterhin ist das Dünnschicht-Heizelement vorzugsweise mit einem Temperatur- Sensor, vorzugsweise in Form eines Dünnschicht-Temperatur-Sensors, verbunden und / oder ausgestattet, welcher vorzugsweise zumindest einen Teilbereich einer Oberfläche des opto-elektronischen Chips bildet, welche dazu ausgelegt ist, mit einer Probe unmittelbar oder mittelbar in Kontakt zu treten.

Beispielsweise kann im Rahmen des Temperatur-Sensors eine Sensor-Schicht zur Erfassung der Temperatur der Probe vorgesehen sein, welche vorzugsweise Metall aufweist und / oder aus Metall besteht und welche vorzugsweise eine Außenoberfläche des opto-elektronischen Chips zumindest teilweise bedeckt und weiterhin vorzugsweise dazu ausgelegt ist, mit einer Probe in Kontakt zu treten.

Vorzugsweise erfolgt die Messung der Temperatur mittels des Temperatursensors an mindestens einem Ort in der Probe, vorzugsweise an einer Mehrzahl an Orten, um einen verlässlicheren Messwert zu erhalten.

Vorzugsweise kommt im Rahmen des Temperatur-Sensors eine Vierleitermessung zum Einsatz.

Weiterhin weist der opto-elektronische Chip vorzugsweise eine Steuerungseinheit auf, um das Dünnschicht-Heizelement auf der Grundlage der mittels des Temperatur-Sensors erfassten Messdaten bezüglich der Probentemperatur zu steuern und / oder zu regeln.

Vorzugsweise ist ein im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommendes Dünnschicht-Heizelement ein Widerstandsheizelement oder umfasst ein solches. Beispielsweise können Karbon-Nanoröhren im Rahmen des Heizelements zum Einsatz kommen.

Um zu gewährleisten, dass zu untersuchende Partikel und / oder Objekte und / oder Moleküle nahe an einer Oberfläche des opto-elektronischen Chips und somit im Bereich der evaneszenten Wellen lokalisiert werden können, hat es sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Außenoberfläche des opto-elektronischen Chips, welche dazu ausgelegt ist, mit der Probe in Kontakt zu treten, zumindest teilweise oder vollständig eine Oberflächenmodifikation und / oder Oberflächenfunktionalisie- rung aufweist, um in der Probe enthaltene Moleküle (oder sonstige Partikel und / oder Objekte), insbesondere biologische Moleküle, zu binden.

Eine Oberflächenfunktionalisierung kann beispielsweise ein Versehen der Oberfläche mit bestimmten funktionalen chemischen Gruppen, beispielsweise Hydroxy- Gruppen, beinhalten, um eine gewünschte Molekülklasse gezielt an die Oberfläche zu binden.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines erfindungsgemäßen opto-elektronischen Chips zur Aufnahme einer Probe bei der Visualisierung temperaturabhängiger Prozesse, wobei eine Probe, vorzugsweise eine zumindest teilweise flüssige, feste oder gelförmige Probe derart auf den opto-elektronischen Chip aufgebracht wird, dass die Probe den Dünnschicht-Lichtleiter und vorzugsweise auch die Sensor-Schicht des Temperatursensors teilweise oder vollständig bedeckt.Ein erfindungsgemäßer Chip kann zudem mit einem Mikrofluidik-System verwendet werden.

Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßer opto-elektronischer Chip dazu verwendet werden, einen temperatur-sensitiven Prozess bei einer exakt kontrollierten Temperatur der Probe zu beobachten. Ein erfindungsgemäßer opto-elektronischer Chip kann weiterhin dazu verwendet werden, die Temperaturabhängigkeit eines Prozesses zu untersuchen, indem der Prozess bei unterschiedlichen exakt kontrollierten Temperaturen der Probe beobachtet wird.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte Probe enthält vorzugsweise mindestens einen oder eine Mehrzahl an Partikeln und / oder Objekten und / oder Molekülen, welche dazu fähig und / oder ausgelegt ist / sind, mit einem geführten Modus (auch als Mode bezeichnet) des Dünnschicht-Lichtleiters in Wechselwirkung zu treten. Beispielsweise werden die Moleküle durch das von dem Lichtleiter geführte oder geleitete Licht zur Fluoreszenz angeregt, lenken dieses Licht ab und / oder absorbieren das Licht.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein optisches System, vorzugsweise ein Mikroskop, besonders bevorzugt ein TIR-Mikroskop, welches dazu ausgelegt ist, mit einem erfindungsgemäßen opto-elektronischen Chip verwendet zu werden. Ein erfindungsgemäßes optisches System weist vorzugsweise mindestens einen Emitter, welcher Licht zur optischen Anregung in den Dünnschicht Wellenleiter entsendet und mindestens einen Detektor auf, welcher von der Probe abgelenktes und / oder ausgehendes Licht normal zu der Ebene des Dünnschicht- Lichtleiters erfasst.

Durch diesen Aufbau sind die Lichtpfade zur Anregung der Probe und zu Detektion des Lichts physisch voneinander getrennt, wodurch allgemeines Streulicht, das beim Einkoppeln des Lichts in den Wellenleiter oder bei der Führung des Lichts im Wellenleiter entsteht, und Streulicht aufgrund einer lokalen Streuung von Licht durch die Probe und Hintergrundlicht reduziert werden. Dies führt zu einem verbesserten Verhältnis zwischen den erwünschten detektierten Signalen aus der Probe gegenüber unerwünschter Signalen bedingt durch den Messaufbau.

Um Licht in einer für den Lichtwellenleiter typischen Mode in diesem zu führen, kommen vorzugsweise Kopplungsmodule, wie beispielsweise Gitterkoppler, Prismenkoppler und / oder direkte Kopplungsmechanismen zwischen zwei Lichtleitern zum Einsatz. Diese Kopplungsmodule dienen dazu externes Licht in den Wellenleiter einzuführen. Effizientere Kopplungsmodule können die Effizienz der Interaktion zwischen dem Emitter und dem Lichtleiter zu erhöhen.

Der Lichtleiter leitet das Licht des angeregten geführten Modus über den opto-elekt- ronischen Chip und somit auch durch das Volumen der Probe.

Das von dem Lichtleiter geleitete Licht kann zurückreflektiert werden und / oder ausgekoppelt werden. Hierfür kommen vorzugsweise ebenfalls Kopplungsmodule, wie beispielsweise Gitterkoppler, Prismenkoppler und / oder direkte Kopplungsmechanismen zwischen zwei Lichtleitern zum Einsatz.

Ebenso ist es denkbar, dass mittels zusätzlicher Kopplungsmodule eine zeitgleich durch den Lichtleiter propagierende optische Mode einer anderen Wellenlänge, verschiedene optische Moden derselben Wellenlänge oder deren Kombination geführt werden. Eine Interaktion dieser innerhalb des Wellenleiters und deren Detektion kann für hochsensitive Messungen des Brechungsindex auf der Chipoberfläche verwendet werden.

Vorzugsweise ist bei einem erfindungsgemäßen optischen System der Detektor ein Array-Detektor und / oder das optische System ist ein Mikroskop.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Chips und / oder eines erfindungsgemäßen optischen Systems zur Bestimmung eines Phasenüberganges eines in der Probe enthaltenden (organischen oder eines anorganischen) Partikels oder eines räumlich ausgedehnten Materials. Dieser Phasenübergang kann beispielsweise die Veränderung eines biologischen Moleküls, beispielsweise eines Enzyms, eines Proteins oder einer Desoxyribonukleinsäure (DNA) oder Ribonukleinsäure (RNA) beinhalten.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines erfindungsgemäßen opto-elektronischen Chips und / oder eines erfindungsgemäßen optischen Systems im Rahmen einer Hochdurchsatz-Sequenzierung, vorzugsweise auf der Grundlage der Analyse einzelner Moleküle.

Ein wieder anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines erfindungsgemäßen opto-elektronischen Chips und / oder eines erfindungsgemäßen optischen Systems zur Untersuchung der Bindungsaffinitäten zwischen mindestens einem Protein und mindestens einem Antikörper in Abhängigkeit von der Temperatur.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Chips und / oder eines erfindungsgemäßen optischen Systems zur Untersuchung lebender Zellen unter temperatur-kontrollierten Bedingungen und deren Wechselwirkungen mit einzelnen Partikeln.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.

Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren. Hierbei zeigt:

Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemäßen opto-elektronischen Chip;

Fig. 2 schematisch ein erfindungsgemäßes opto-elektronisches System;

Fig. 3 einen Querschnitt eines anderen erfindungsgemäßen opto-elektronischen Chips; und

Fig. 4 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen opto-elektronischen Chips aus Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen opto-elektronischen Chip 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Chip 1 weist eine Trägerschicht 2, in dieser Ausgestaltung aus einem transparenten Silizium-basiertem Material, einen Dünnschicht- Lichtleiter 3 und ein Dünnschicht- Heizelement 4 auf. Der Dünnschicht- Lichtleiter 3 und das Dünnschicht-Heizelement 4 sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht 2 angeordnet.

Zwischen der Trägerschicht 2 und dem Dünnschicht-Lichtleiter 3 ist eine Trennschicht 5 aus einem transparenten Material angeordnet.

Auf der der Trägerschicht 2 abgewandten Seite des Lichtleiters 3 ist eine weitere Trennschicht 6 angeordnet, welche zwischen dem Lichtleiter 3 und einer metallischen Sensor-Schicht 7, welche zur Erfassung der Temperatur der Probe 8 dient, positioniert ist. In der Probe 8 ist in dieser Darstellung ein Partikel 10 oder auch ein sonstiges Objekt, beispielsweise ein Molekül, enthalten.

Die Sensor-Schicht 7 ist in dieser Ausgestaltung mit einer nicht gezeigten Steuerungseinheit verbunden, welche das Heizelement 4 auf der Grundlage der mittels der Sensor-Schicht 7 erfassten Daten steuert und / oder regelt. Der elektronische Schaltkreis zur Steuerung und / oder Regelung des Heizelements 4 ist in Fig. 1 nur stilisiert dargestellt und mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet.

Das Heizelement 4 kann in einem Feedbackmodus betrieben werden, bei welchem der ausgelesene Wert des Temperatursensors, insbesondere der Sensor-Schicht 7, als Feedbackparameter verwendet wird. Die Regulierung findet vorzugsweise elektronisch statt. Es besteht auch die Möglichkeit, das Heizelement 4 nicht reguliert oder ohne eine Feedback-Regelung zu verwenden.

Fig. 2 zeigt ein optisches System, in welchem ein erfindungsgemäßer Chip 1 zum Einsatz kommt. Der Chip 1 ist in dieser Darstellung sehr vereinfacht wiedergegeben, dargestellt sind nur die Trägerschicht 2 und der Lichtleiter 3.

Licht wird von einem nicht gezeigten Emitter zur Anregung des Lichtleiters 3 in diesen eingekoppelt. In der Darstellung in Fig. 2 propagiert das Licht des angeregten geführten Modus (auch als „guided mode“ bezeichnet) des Lichtleiters 3 von links nach rechts durch den Lichtleiter 3, wie dies in Fig. 2 durch die mit durchgängiger Linienführung dargestellten Pfeile gezeigt ist.

Der Partikel 10, welcher sich sehr nahe an der Oberfläche des Lichtleiters 3 befindet, kann mit dem Licht des propagierenden geführten Modus des Lichtleiters 3 interagieren, beispielsweise, indem der Partikel das Licht absorbiert oder von dem Licht zur Fluoreszenz angeregt wird. Beispielsweise kann durch den Partikel 10 das Licht abgelenkt, gestreut und / oder reflektiert werden, wie dies in Fig. 2 durch die mit strichlierter Linienführung dargestellten Pfeile gezeigt ist.

Derart von dem Partikel 10 beeinflusstes und abgelenktes Licht kann beispielsweise mittels Detektoren 11 , z.B. Bildgebungssystemen, erfasst werden. Hierbei verläuft der Pfad des derart erfassten Lichts vorzugsweise normal, d.h. rechtwinklig, zu der Ebene des Dünnschicht- Lichtleiters 3 und somit auch normal bzw. rechtwinklig zu der Propagationsrichtung des angeregt geführten Modus des Lichtleiters 3. Der Lichtpfad zur Anregung des Lichtleiters 3 (in Fig. 2 von links nach rechts) und der Lichtpfad zur Erfassung von Licht von der Probe 8 bzw. dem Partikel 10 (in Fig.

2 oben und unten) sind somit in dieser Ausgestaltung räumlich voneinander getrennt und verlaufen vorzugsweise normal, oder in anderen Worten orthogonal, zu einander.

In anderen Worten erfolgt somit eine räumlich aufgelöste Erfassung des von der Probe rechtwinklig zu der Ebene des Lichtleiters 3 abgelenkten Lichts von oben und / oder von unten durch die Trägerschicht des Chips 1 . Das von der Probe rechtwinklig zu der Ebene des Lichtleiters 3 abgelenkte Licht kann beispielsweise rot-verschoben oder blau-verschoben relativ zu dem geführten Modus des Lichtleiters sein oder auch zu diesem resonant sein.

Die Probe und / oder darin enthaltene Partikel interagiert bzw. interagieren mit einer von dem geführten Modus des Lichtleiters herrührenden evaneszenten Welle, wodurch das Licht des geführten Modus beispielsweise gestreut, absorbiert oder mit einer anderen Wellenlänge re-emittiert wird.

Darüber hinaus kann mittels Photodetektoren 12 das in dem Lichtleiter 3 im geführten Modus geleitete resonante Licht erfasst werden und / oder das in den geführten Modus des Lichtleiters 3 gestreute Licht erfasst werden. Das in den geführten Modus des Lichtleiters 3 gestreute Licht ist beispielsweise rot-verschoben oder blau-ver- schoben relativ zu dem geführten Modus des Lichtleiters.

Ein typisches Vorgehen zur optischen Anregung und Detektion, wie es im Rahmen eines Systems gemäß Fig. 2 zum Einsatz kommt, wird nachstehend wiedergegeben:

Licht wird über ein Kopplungsmodul in die Wellenleitermode geschickt oder eingeleitet. Ein Anteil des Einkopplungslichts kann reflektiert werden, ein anderer Anteil des Lichts kann durch die Mode transmittiert werden. Das transmittierte Licht kann in einem zweiten Kopplungsbereich wieder gestreut werden. Beide Anteile des Lichts können über einen Photodetektor detektiert werden und beispielsweise als Feedbacksignal oder Regelparameter zur Intensitätsstabilisierung des im Wellenleiter geführten Lichtanteils genutzt werden. Zur einer derartigen Intensitätsstabilisierung kann das im Einkopplungsbereich reflektierte Licht und / oder das im Auskopplungsbereich transmittierte Licht der Wellenleitermode als Feedbacksignal Anwendung finden, um die Intensität des Lichts im Wellenleiter zu stabilisieren bzw. kontrolliert zu verändern. Hierfür kann ein erfindungsgemäßer Chip eine entsprechend konfigurierte Steuerung aufweisen.

Licht kann über mehr als ein Einkopplungsmodul in den Wellenleiter eingekoppelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch Licht mit einer unterschiedlichen Polarisation, Wellenlänge, Propagationsrichtung etc. gleichzeitig oder sequenziell eingekoppelt werden. Über die Kopplungsbereiche gestreutes Licht kann zudem zur Analyse des Probenvolumens herangezogen werden.

Ein Partikel 10 (bspw. Ein Biomolekül) kann mit der geführten Mode über den eva- neszenten Lichtanteil wechselwirken (aktiver Probenbereich). Das durch den Partikel gestreute Licht (Fluoreszenz und / oder direktes Streulicht) kann über ein oder zwei optische Systeme oder Detektoren 11 örtlich aufgelöst detektiert werden, welche sich vorzugsweise oberhalb bzw. unterhalb des optoelektronischen Chips befinden. Durch den Partikel 10 gestreutes Licht kann auch in die Wellenleitermode einkoppeln und über die Kopplungsmodule gestreut und somit detektiert werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere zeigt Fig. 3 einen Querschnitt eines opto-elektronischen Chips 1 mit einer beispielhaften Anordnung von Schichten und Schichtdicken. Der aktive Bereich 14 wird durch eine Schutzschicht 12 definiert, die in dieser Ausführungsform adiabatisch ausläuft (grundsätzlich sind auch nicht adiabatische Übergänge denkbar). Die adiabatische Überführung der Schutzschicht 12 ist mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Nur der aktive Bereich 14 des Chips 1 kommt mit einem Probenvolumen in Kontakt. Die Schutzschicht 12 hat einen niedrigeren Brechungsindex als der Wellenleiter 3, vorzugsweise liegt der Brechungsindex der Schutzschicht im Bereich von 1 .3 bis 1 .5 im sichtbaren Bereich.

Die adiabatische Überführung 13 vom Schutzbereich bzw. einem von dem aktiven Bereich 14 abgewandten oder beabstandeten Bereich der Schutzschicht 12 hin zu dem aktiven Bereich 14 ermöglicht ein Modenübergang ohne eine Erzeugung von Streulicht und / oder einen Verlust von Lichtleistung unabhängig von einem Brechungsindex des Probenvolumens.

Weiterhin verhindert die Schutzschicht 12 das Auftreten von Verschmutzungen im Einkopplungsbereich und Streulicht durch einen etwaigen optionalen Behälter oder Kanal zur Aufnahme einer Probe auf oder in dem opto-elektronischen Chip. Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung kann die Probe einfach in der durch den aktiven Bereich 14 gebildeten Mulde aufgenommen werden.

Das Heizelement 4 kann auf einer dem aktiven Bereich 14 entgegengesetzten Seite des Chips 1 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Heizelement 4 zwischen der Trennschicht 5 und der Trägerschicht 2 vorhanden sein. Bei einem Chip können auch mehrere Heizbereiche vorgesehen sein.

Der Temperatursensor oder zumindest dessen Sensor-Schicht 7 kann zwischen wischen der Trennschicht 5 und der Trägerschicht 2 angeordnet sein. Grundsätzlich kann der Sensor oder zumindest dessen Sensor-Schicht 7 auch an einer anderen Stelle des Chips 1 angeordnet sein, hier ist jedoch grundsätzlich darauf zu achten, dass sich der Temperatursensor und / oder ein Bestandteil davon nicht im evanes- zenten Feld des Wellenleiters 3 befindet.

Der Temperatursensor bzw. die Sensor-Schicht 7, die Trennschicht 5 und die Schutzschicht 12 sind optional. Typische Schichtdicken der im Rahmen eines erfindungsgemäßen opto-elektronischen Chips zum Einsatz kommenden Schichten sind nachstehend wiedergegeben: Schutzschicht 12 (optional): 100 - 1000 nm, vorzugsweise 300-800nm, Wellenleiterschicht 3: 50- 1000 nm, vorzugsweise 75 - 250nm, Trennschicht 5 (optional): 100 - 1000 nm, vorzugsweise 100- 800nm, Trägerschicht 2: 150

- 1000 pm, vorzugsweise 170 - 500 pm, Heizelement 4: 5-100nm, vorzugsweise 10

- 50 nm. Der in Fig. 3 gezeigte Chip 1 hat eine Breite (Abmessung von rechts nach links in Fig. 3) von 5 - 30 mm.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den optoelektronischen Chip aus Fig. 3. Der in Fig. 4 gezeigte Chip 1 hat eine Breite (Abmessung von rechts nach links in Fig. 4) von 5 - 30 mm und eine Länge (Abmessung von oben nach unten in Fig. 4) von 40-100 mm. Ein oder mehrere Kopplungsbereiche 15 ermöglichen das Ein- und Auskoppeln von Licht in die bzw. aus den geführten Wellenleitermoden. In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind zwei Kopplungsbereiche 15 an einander gegenüberliegenden Enden des Chips 1 gezeigt.

Die Kopplungsbereiche 15 und der Wellenleiter 3 sind vorzugsweise von der Schutzschicht 12 überdeckt und nur in dem aktiven Bereich 14 ist die Wellenleiterschicht 3 exponiert und kann direkt mit dem Probenvolumen in Kontakt treten. Die Wellenleiterschicht 3 kann teilweise oder vollständig chemisch funktionalisiert sein. Der aktive Bereich 14 hat vorzugsweise eine Fläche von 0.01 mm ² - 25 mm ² und die Gesamtfläche des optoelektronischen Chips 1 beträgt vorzugsweise 25 mm ² - 2000 mm ² .

Die vorliegende Erfindung bietet signifikante technische Vorteile, insbesondere die nachstehenden Vorteile:

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Betrachtung eines großen optischen Beobachtungsfelds. Insbesondere durch die Trennung von Anregungs- und Detektionspfad wird es technisch möglich, einen größeren Probenbereich bzw. aktiven Bereich optisch anzuregen. Konventionelle TIR-Systeme beleuchten Probenbereiche von typischerweise wenigen 10’ ³ mm ² , wohingegen die vorliegende Erfindung die optische Anregung von Flächen bis in den Bereich von einigen mm ² ermöglicht. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, hochparalellisiert eine große Anzahl von Biomolekülen zu de- tektieren. Darüber hinaus ermöglicht es die vorliegende Erfindung, komplexere biologische Systeme wie Zellen bzw. Zellhaufen optisch anzuregen und zu beobachten.

Darüber hinaus bietet ein erfindungsgemäßer optoelektronischer Chip im Vergleich zu konventionellen TIR-Systemen eine homogene Ausleuchtung des Probenbereichs bzw. aktiven Bereichs.

Auch das Signal-zu-Hintergrundverhältnis ist mit einem erfindungsgemäßen optoelektronischen Chip verbessert. Ein derartiger optoelektronischer Chip bietet im Vergleich zu konventionellen TIR-Systemen einen stark verminderten Streulichthintergrund, da das anregende Lichtfeld nicht durch die Detektionsoptik geleitet wird.

Weiterhin bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass durch die geschickte Wahl der Wellenleiterschichtparameter und der Wellenlänge des Lichts die Eindringtiefe des evaneszenten Feldes in das Probenvolumen über einen großen Bereich variiert werden kann. Diese Eindringtiefe kann von einigen wenigen 10 nm bis hin zu mehreren 100 nm variieren, je nach Schicht- und Probeneigenschaften und Wellenlänge des Lichts.

Zudem ist durch die optische Anregung über die Wellenleitermode die Verwendung von Objektiven mit einer hohen numerischen Apertur nicht mehr erforderlich, da der nötige Einfallwinkel des Lichts durch die Wellenleitermode unterstützt wird. Auch die Verwendung von Immersionsmedium ist für das Erreichen der Bedingungen der totalen internen Reflexion nicht mehr nötig, was die Nutzerfreundlichkeit stark verbessert.

Weiterhin kann durch ein lokales Heizen des Probenvolumens mittels eines erfindungsgemäßen Chips die Temperatur der Probe sehr schnell eingestellt werden. Erfindungsgemäß sind Heizraten mit bis zu 100°C/s möglich. Da nur kleine Probenvolumina geheizt werden, ist die Wärmekapazität gering und bereits die Umgebung ermöglicht ein schnelles Abkühlen der Probe auf Umgebungstemperatur mit (Ab- )kühlraten von mehr als -20°C/s.

Herkömmliche Ansätze zur makroskopischen Temperaturregulierung ziehen diverse Nachteile mit sich, wie z.B. lange Equilibrierungszeiten, thermische Drifts, verschlechterte optische Abbildungseigenschaften etc., die durch die vorliegende Erfindung umgangen werden.

Darüber hinaus wird durch die Integration eines Dünnschichttemperatursensors in den opto-elektronischen Chip eine direkte Feedback-Regelung des Heizelements möglich. Auf diese Weise wird eine hochpräzise und dynamische Temperaturregulierung des Probenvolumens gewährleistet.

Die hohe Sensitivtität des optoelektronischen Chips bezüglich optischer Anregung und thermische Veränderungen ermöglicht darüber hinaus die calorimetrische Detektion von Phasenübergängen.

Durch die Integration einer hochsensitiven Anregung, eines Heizelements und optional eines Temperatursensors in den opto-elektronischen Chip, kann das Gesamtsystem zudem in Größe und Komplexität stark reduziert werden.

Da der opto-elektronische Chip über keine beweglichen Elemente verfügt, wird ein mechanischer Verschleiß bzw. eine Vibration des Gesamtsystems vermieden und die mechanische Stabilität des Systems optimiert.

Der Aufbau des opto-elektronischen Chips ist weiterhin grundsätzlich mit Mikroflu- idikkanälen kompatibel. Insbesondere die Verwendung einer Schutzschicht mit adiabatischem Übergang zum aktiven Probenbereich gewährleistet die Funktionalität des Anregungssystems unabhängig von dem Brechungsindex des Probenvolumens, wenn dieser niedriger als der Modenindex des Wellenleiters ist, und / oder von einem potentiellen Probencontainer oder Kanal, welcher sich auf oder in dem optoelektronischen Chip befindet.